基于PLC的新型工业码垛机器人控制系统设计

孙梅
摘要码垛技术作为现代物流自动化领域中的一门新技术,其随着我国科学技术的高速发展,也实现了技术的更新与升级。码垛机器人的运用为企业节约了大量的人力,降低了企业运营成本,提高了企业服务的效率,具有十分重要的社会意义。本文就主要分析了基于PLC的新型工业码垛机器人控制系统的设计,根据码垛机器人的工作流程和企业的实际需求,设计出人机交互的操作界面,以提高码垛机器人控制系统的稳定性和可靠性,更好的满足企业生产实际的需求。
关键词码垛机器人PLC控制系统设计
0引言
码垛机器人属于新兴的科技产品,可以有效的降低企业运营成本、提高生产效率、提高产品质量、提高服务质量、优化劳动力等,其在企业生产中的广泛应用,为企业的可持续发展提供了坚实的基础。工业码垛机器人的广泛运用标志着企业的自动化水平已经十分先进,是企业的重要竞争力体现。而控制系统作为码垛机器人的核心,是实现码垛机器人功能以及工作各项性能的前提和保障,并且在很大程度上决定着码垛机器人的工作效率以及工作精度,因为控制系统对码垛机器人来说相当于它的大脑,支配着码垛机器人的各项功能和性能。本文主要对码垛机器人的控制系统设计进行了分析,以为相关人士提供借鉴。
1码垛机器人简述
在以往对码垛机器人的研究和经验分析的基础上,本文认为一款优秀的码垛机器人应具有性能稳定、功能齐全、结构简单、操作简单、成本低廉、灵活等特点,所以码垛机器人的具体设计指标有以下几个方面:
1.1性能参数
码垛机器人的本身重量为1000 kg,最大抓取物的重量为60 kg,搬运速度为30 m/min,码垛的速度为20 次/min。
1.2工作范围
码垛机器人的垂直作业高度2.5 m,作业半径2.6 m。
1.3误差要求
连续作业的时间不低于24 h,连续作业的时间超过8 h的误差范围不得大于5 mm。
2码垛机器人控制系统硬件设计
根据码垛机器人的工作要求和整体设计指标,码垛机器人的控制系统应该满足以下几个要求:一是四轴能够自由的进行协调和控制,能够实现稳定、高效作业;二是对控制参数以示数的方式表现出来,以实现路径控制;三是具有良好的动态响应力和实时能力;四是稳定性、可靠性、安全性高;五是人机界面设计良好,方便各项操作;六是硬件系统结构具有紧凑性和可扩展性\[1\]。
本文研究的码垛机器人以横河FA-M3 PLC作为其控制系统核心。横河FA-M3 PLC具有性能好、扩展能力强、功能全面、处理效率高等特点,其能够实现示教、外围I/O量处理、伺服电机驱动等功能。码垛机器人的控制系统采用模块化设计,根据作业需求不同采用不同的功能模块,其主要模块有电源模块、通信模块、CPU控制模块、数字化模块、位置定义模块等\[2\]。码垛机器人的模块与模块之间有着紧密的联系,如位置定义模块主要是根据CPU模块发出的信号脉冲来定义并生成位置和码垛机器人的运动轨迹,根据脉冲串的数量来确定电机旋转的角度和旋转的速度。
值得一提的是码垛机器人的位置是整个作业中的重点,一旦位置定义有误差,则无法保证码垛机器人的工作效率和工作质量。本文研究的码垛机器人位置定义模块中具有32点位固定输入以及输出继电器,将常用的位置控制参数固定在继电器中,方便人员对其进行相关操作和位置的确定。位置定义模块有以下几个特点:一是高精度和高速的定位控制;二是位置功能丰富;三是具有脉冲计数器;四是可以通过位置模块的参数设定实现动作的测试和监测\[3\]。
3码垛机器人软件系统设计
码垛机器人软件系统的设计是尤为关键的一环,软件系统和硬件系统相互配合才能实现码垛机器人的各项功能,而软件系统又是实现硬件系统功能的前提和基础,所以软件系统对码垛机器人的功能实现、功能扩展、作业效果等都有重要的作用。根据码垛机器人的作业特点,分析出码垛机器人的软件控制系统的架构。
在码垛机器人的软件结构中,人机交互界面的设计和代码编写可采用触摸屏自带编写软件,该软件的设计特点是简单易懂、操作简便,适合于工业环境的码垛机器人设计,设计成本低,性能稳定可靠。设计的主要模块有初始化模块、监控模块、示教模块、文件处理模块、参数设置模块、位置控制模块、轨迹规划模块、速度控制模块、手动控制模块、原点搜索模块等\[4\]。
初始化模块的功能是负责码垛机器人整个控制系统的启动,将所有程序初始化,并检测各个模块是否正常,是否能够进行正常的作业,如果有的模块无法正常工作,会给予相应的警示并对问题故障模块进行显示\[5\]。
监控模块的功能是监测码垛机器人的工作情况,并显示出当前码垛机器人的工作状态。
示教模块的功能是生成码垛机器人位置参数,形成指示的文件以供操作人员参考。
文件处理模块的功能是管理关于码垛机器人的所有文件,如文件的查看、调用、修改、增加、删除等。
参数设置模块的功能是人员通过该模块实现码垛机器人的参数控制,人员还可以通过该模块实现可调参数的设置和I/O系统的管理与设置。
(1)位置控制模块的主要功能是帮助码垛机器人准确的定位;
(2)轨迹规划模块的功能是完成机器人的各种轨迹规划;
(3)速度控制模块的功能是对机器人的作业速度进行控制。
4结束语
随着科学技术的进步,码垛机器人的应用也越来越广泛,将为企业带来巨大的经济效益。本文主要分析码垛机器人的控制系统设计,研究了码垛机器人的软件和硬件系统的设计,以期在未来能够设计出性能更高、安全性与稳定性更好的码垛机器人。
参考文献:
\[1\]王靖,李斌,马书根,等.模块化可变形机器人控制系统设计与变形方法研究\[J\].机器人,2011,28(5):457-462.
\[2\]王才东,王新杰,王辉,等.六自由度机器人控制系统设计与研究\[J\].计算机仿真,2013,30(9):349-353.
\[3\]姚兴田,马永林,徐丹,等.基于单片机的楼道清洁机器人控制系统设计\[J\].制造业自动化,2014,(4):63-65,79.
\[4\]李江昊,陈佳品,李振波,等.毫米级微装配机器人控制系统设计\[J\].仪器仪表学报,2009,30(5):980-983.
\[5\]赵颖,孙群,张铁中,等.营养钵茄苗嫁接机器人控制系统设计\[J\].农业机械学报,2011,38(12):225-228.
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